风力发电的原理及应用

风力发电的原理及应用

风力发电其实就是利用大气中风的运动，带动风车叶片旋转，叶片旋转后通过叶片后方机舱中的增速齿轮箱加快速度，从而使得发电机发电，产生的电通过变流器转换为直流电，然后再逆变为和电网相符的交流电，最后通过升压变压器送入电网。根据现有的风力发电技术，只要空气中的风力达到微风程度，风力发电机就可以开始发电工作。

大型风力发电装置主要有以下几部分组成：叶片、风轮、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、变流器、偏航系统、变桨机构、塔架等。

以上提到的各个部分都很重要，有着各自的功能。比如：叶片是接收风力，并且传送到转子轴心的装置；偏航装置可以通过控制电子控制器来改变叶片的转动方位，以帮助叶片能够最大程度上接收风力；齿轮箱可以把转速从15-25转每分钟提高到1800转每分钟，从而让发电机工作。

不过小型风力发电机采用的往往是永磁式交流发电机，在风轮转动发电机产生交流电后，再经过充电器的整流，形成可以储存在蓄电池的直流电，这实际上是先把风能转化为机械能然后变为了化学能。最后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成220V的交流电，提供给家庭使用。

风能是一种清洁的可再生能源，风力发电按理来说应该是被全世界都鼓励的一种发电方式。事实上也确实如此，在上世纪的时候各国政府都在不断研究风力发电的技术、不断建造风力发电机，可是现在欧美国家在不断拆除这些曾经建造的发电机，并且声称建设风力发电机有着很多缺点和危害，那么风力发电具体都有哪些不足之处呢？

首先，如果从电网控制的角度来说，风电实际上是一种“垃圾”电，这是因为风电相比其他发电方式更难控制和运用。

主要有以下几个特点。

第一、随机性。

顾名思义，就是说风不受人的控制，忽大忽小，甚至很长一段时间没有。如果要用风电，那么经常会出现电力输出时大时小的情况，导致运输的电力不稳定，不符合家用、工业的用电需求。

第二、逆调峰性。简单来说就是风电的发电情况和电网的需要是不能正常对接的，有时候电网需要电力了，风电发电能力却很小，甚至没有。有时候电网已经饱和了，风电却又提供大量的电力。如果一段时间内涌入电网的电力过大，冲击电网的承受能力，严重可能会导致电网瘫痪，到时候就会造成极大的不良影响。

第三、小型风力发电机往往是配合蓄电池组使用的，那么风电的成本就会提升，不仅购买蓄电池组，后期在维护发电机的同时还要注意蓄电池组的问题。

当众多国家越来越清晰地认识到这一点之后，，就有一些国家开始拆除风力发电机。但是，当然风电难以控制这一个原因是不足以让各国都拆除风力发电机的，更重要的是风力发电对居民、地理、生物等方面的不良影响。

在地理环境方面主要担心的是，风力发电机的叶片转动时会造成空气和水蒸气的运动，导致局部的气候变化。有研究表明叶片转动时，会造成风力发电机附近的温度改变，空气温度会上升0.24摄氏度左右。其次由于周围的空气流动受到阻碍和扰乱，也会使得后方或者下方的水蒸气减少、降水减少，进一步影响当地的生态环境。

不仅如此，由于这种扰乱空气正常流通的行为，导致在发电场附近的植物生长周期可能会延长数周或者改变原有的生长季节，而一些对植物有害的生物也会因此更早出现或者更晚消失。

风力发电机在人类和其他动物方面，也有着不同程度上的影响。根据北美地区的爱鸟组织的数据，仅在北美，每年大概有30万只鸟类死于风力发电机的叶片下，虽然风力发电机的叶片转速并不是很快，但是由于它过于巨大、坚硬，鸟类与之碰撞的时候会造成很大的伤害，而且发电机也有一定的光线发出，让鸟类误以为是食物，从而导致碰撞事件的发生。

在日本、澳大利亚有很多地区都有人宣称，在安装风力发电机后，经常晚上无法睡觉，认为是一种次声波干扰了人们的正常睡眠。不过现在在医学上还没有得出具体的证据证实，2016年的时候，澳大利亚的医学机构就拨款300万澳元以供研究居住在风力涡轮机附近是否会让人生病的课题。 不过风力发电机的噪音确实不小，我国早就对建设风力发电机有着明文规定，不得靠近居住区。

在农业上，很多农民反映在拥有风力发电机的农场中，大量农作物出现减产的情况，经过详细的研究，专家得出结论是风力发电机的叶片转动影响了蜜蜂传粉、也阻碍一部分光线照射庄稼，从而引起农作物的减产。

正是出于以上的种种原因，导致那些原本风力发电不是主要的发电方式的欧美国家纷纷拆除本国的风力发电机，但是像英国这种风力发电占比超过10%左右的国家，虽然也有拆除的计划，但还不是大规模进行。

我国也是如此，虽然风力发电有着一定的技术障碍和危害，但是现阶段风力发电是不可缺少的。不过即使在我国，风力发电占比也不是很大。

我国从上世纪70年代开始，就不断发展风力发电技术，现在已经和一流国家的风力发电技术相竞争了。和欧美国家相比，我国之所以还在大力发展风电技术，是因为在我国西北地区，那里海拔较高、风速也很大、地广人稀，虽然居住点比较分散，但也迫切需要电力供应。

如果在广阔的西北地区建设火力发电站等等是一件耗费成本极其大的事，而且也不利于后期维护。所以在西北地区发展光电、风电就很有必要，现在我国的风力、太阳光发电也是主要集中在西北地区，可以有效地解决当地的居民用电问题。

所以，对于欧美国家来说，他们出于健康问题、环境问题、成本问题，最后选择拆除风力发电机是很正常的。但对于现阶段我国的实际情况，是不适合拆除的，而且还要大力发展。当然在发展的过程中也需要注意保护问题。

在2018年的时候，湖北龙感湖风电项目就已经基本拆除了，当地政府为了保护有“候鸟天堂”之称的龙感湖自然保护区的生态环境，在2018年4月上旬的时候已拆除风力发电机17台、输电塔57座、输电使用的线路将近20公里，尽可能为归来的候鸟保驾护航。

所以，在我国实际上也有着不少的拆除计划，有的出于保护自然环境的原因，有的是为了更新技术拆除老旧发电机，但总体上风力发电机的数量是在不断增加的。

风能为数不多的可再生的清洁能源，符合安全可持续的发展理念。我们不能因为它控制上的短板，就否定了它的价值。现在国家也在不断研究风电技术，可能这段路可能还需要走一段时间，但现在我们已经可以看到它光明的未来了。